DSMC 中辐射平衡边界条件及其在催化表面的相关性分析
流体动力学
2025-04-23 v1
摘要
本研究将辐射平衡边界条件集成到直接蒙特卡洛（DSMC）方法中，用于描述催化表面的行为。辐射平衡边界条件基于每个表面单元的能量守恒原理，能够准确捕捉大气再入过程中表面温度和热通量的空间变化。表面催化性通过有限速率表面化学（FRSC）模型表示，具体聚焦于原子氧在硅表面的异构重组。FRSC 模型和 DSMC 框架中的辐射平衡边界条件均通过与解析解的比较进行了验证。针对非催化和催化表面的两种情况，进行了稀薄高超声速流动包围二维圆柱的 numerical simulation。结果显示，在计算表面属性方面，辐射平衡边界条件与传统等温边界条件之间存在显著差异。此外，证明两种独立等温边界条件的线性插值对于准确预测表面热通量不够，尤其是在考虑表面反应时。观察到的差异源于表面温度与热通量之间的非线性相关性，这受表面催化性和圆柱沿局部几何变形等因素的影响。这些发现突显了在 DSMC 中实现辐射平衡边界条件的必要性，以确保进行物理上准确的气动热力学计算。
引用
@article{arxiv.2504.15842,
title = {Radiative equilibrium boundary condition and correlation analysis on catalytic surfaces in DSMC},
author = {Youngil Ko and Eunji Jun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.15842},
year = {2025}
}